Чугунное литье
Важнейшими сплавами для производства отливок являются чугун и сталь. Наибольшее применение в машиностроении находят отливки из серого чугуна.
Качество чугунных отливок зависит в первую очередь от
правильного подбора шихты, т. е. материалов, загружаемых в плавильные печи.
Чтобы получить чугунные отливки, шихту составляют из
чушкового доменного чугуна с добавлением чугунного лома, отходов стали и
флюсов.
Шихту подбирают так, чтобы получить нужный химический
состав чугуна в зависимости от назначения отливок. При составлении шихты
учитывают также возможные изменения состава чугуна при плавке. Они состоят в
том, что в процессе плавки от соприкосновения с топливом изменяется количество
углерода в чугуне, повышается содержание серы, а также происходит частичное
окисление содержащихся в чугуне кремния и марганца. В результате понижения
содержания кремния уменьшается выделение графита, и чугун отбеливается, т. е. в наружном слое отливок углерод остается в химически
связанном с железом состоянии в виде очень твердого цементита .
Чугунные отливки должны иметь определенные показателипрочности при испытании на растяжение и изгиб. Эти показатели положены в основу
маркировки чугунного литья по ГОСТ 1412.
Таблица1,
Марки чугуна | Твердость по Бринеллю, HB | |||
сч | 12-28 | 12 | 28 | 143—229 |
сч | 15-32 | 15 | 32 | 163—229 |
сч | 18-36 | 18 | 36 | 170—229 |
сч | 21-40 | 21 | 40 | 170—241 |
сч | 24-44 | 24 | 44 | 170—241 |
сч | 28-48 | 28 | 48 | 170-241 |
сч | 32-52 | 32 | 52 | 170—241 |
сч | 35-56 | 35 | 56 | 197—248 |
сч | 38-60 | 38 | 60 | 197-262 |
Примечание. Буквы СЧ обозначают «серый
чугун» Испытание на прочность при изгибе производится действием нагрузок на
образцы чугуна, помещаемые на двух опорах с приложением силы посередине
пролета Твердость ограничивается
вследствие трудности обработки.
Отливки из чугуна марок СЧ12-28, СЧ15-32, СЧ18-36
применяются для деталей малой и средней прочности. Из чугунов указанных марок
изготовляют в станкостроении детали, работающие при невысоких напряжениях и без
трения (стойки, основания, кожухи, коробки, крышки), а также детали, работающие
при средних напряжениях и при малых удельных давлениях (суппорты, каретки и т.
п.).
Отливки из серого чугуна повышенной прочности марок
СЧ21-40, СЧ24-44, СЧ28-48 применяют для ответственных деталей машин, например,
для станин, рам, корпусов, маховиков, цилиндров паровых машин, тормозных
барабанов, дисков сцепления и т. п.
Чугунные отливки особенно
высокого
качества получают, вводя в чугун
большое количество стального лома или специальные примеси, а также изменяя
структуру чугуна специальной термической обработкой.
Отливки из легированного чугуна с примесями никеля,
хрома, молибдена, титана, ванадия, алюминия, меди и других элементов обладают
повышенной прочностью, высоким сопротивлением износу, стойкостью против
коррозии.
Улучшение качества чугунного литья производится также
модифицированием.
Модифицированный чугун получают при введении в
жидкий чугун перед заливкой форм небольшого количества специальных присадок,
которые способствуют образованию особой структуры с измельченным графитом и
перлитом, вследствие чего повышаются механические свойства чугуна. В качестве
таких присадок применяют силикокальций, магний, алюминий, титан и др.
Чтобы получить модифицированный чугун, применяют малоуглеродистый
(2,8—3,2% углерода) и низкокремнистый (1,0—1,5% кремния) чугуны, в которые
вводят небольшое количество (0,15— 0,3%) специальных добавок. Чтобы
модифицирование прошло успешно, температура чугуна при выпуске из вагранки
должна быть не ниже 1420° С, так как в противном случае действие добавок
проявляется очень слабо.
Благодаря тому, что при модифицировании чугуна
происходит усиленное выделение графита, устраняется опасность образования
отбела, зернистость чугуна становится равномерной, и сам графит выделяется в
виде зерен округлой формы (шаровидный графит). Такая структура придает чугуну
более высокую в сравнении с обычным серым чугуном прочность и плотность,
уменьшает внутренние напряжения в отливках, повышает сопротивляемость
коррозии.
Повышенная прочность модифицированного чугуна
позволяет уменьшить толщину стенок отливок и сократить вес готовых изделий,
что имеет большое экономическое значение и уменьшает расход металла.
Высокопрочный чугун рекомендуется применять для
отливок очень сложной формы, имеющих резкие переходы от толстых сечений к
тонким (рамы быстроходных двигателей, цилиндры, зубчатые колеса, корпуса
насосов, крупные коленчатые валы, колеса и т. п.).
Большое место среди чугунного литья занимают отливки
из жаростойкого чугуна, сохраняющего свойства при высокой температуре.
По ГОСТ 7769—63 установлены следующие разновидности жаростойкого
чугуна:
Хромистые жаростойкие чугун
ы, маркируемые буквами ЖЧХ, а именно: ЖЧХ-08;
ЖЧХ-1,5; ЖЧХ-2,5; ЖЧХ-3 (цифрами указано среднее содержание хрома в %);
Кремнистые жаростойкие
чугун
ы марок ЖЧС-5,5 и ЖЧСШ-5,5, где цифрами
обозначен процент содержания кремния (С) в чугуне, а буквой «Ш» — шаровидное
включение графита;
алюминиевые жаростойкие
чугун
ы, обозначаемые ЖЧЮ-22 для чугуна, содержащего
пластинчатый перлит, и ЖЧЮШ — шаровидный графит.
Чтобы устранить внутренние напряжения, уменьшить твердость
отливок и изменить структуру серого чугуна, производится термическая обработка.
Марки чугуна | Предел прочности σв, кГ/мм2 [Мн/м2] | Относительное удлинениеδ, % | Ударная вязкость ан, кГ/cм2[Мдж/м2] | Твердость НВ |
ВЧ 45-0 | 45[450] | - | - | 187—255 |
ВЧ 50-1,5 | 50 [500] | 1,5 | 1,5—[0,15] | 187-255 |
ВЧ 60-2 | 60 [600] | 2 | 2[0,20] | 197—269 |
ВЧ 45-5 | 45[450] | 5 | 2,5 [0,25] | 170—207 |
ВЧ 40-10 | 40 [4001 | 10 | 4[0,40] | 156—197 |